水利工程论文-泥沙起动流速随机特征的初步分析.doc

水利工程论文泥沙起动流速随机特征的初步分析摘要采用理论分析和MONTECARLO随机模拟两种方法，以泥沙所在位置为参数，分析河床松散排列单颗泥沙起动流速的随机特征。结果表明，随试验次数增加，统计分布函数趋于理论分布，开始收敛很快，逐渐变缓。600次试验，误差下降到1；4800次可降到004。6000次试验中，约60的点据落在以平均起动流速为中心，18的范围内。因为起动流速存在较大的随机性，应将其看成一个有较大范围的参数，而非一个确定的值。本文显示了在泥沙运动基本规律分析中，随机模拟方法具有一定使用价值。关键词起动流速随机性MONTECARLO法1引言河床床面上原处于静止状态的泥沙，所受到的水动力一旦大于维持其静止的力，泥沙颗粒即获得一定的初速，转化成迁移状态，即为起动。起动流速是泥沙的一个水力学特征量，与另一特征量沉降速度的区别是起动流速除泥沙本身的直径、比重、级配、形状等特性而外，还反映河床床面的结构，及泥沙在结构中所处的位置。从物理上讲，床面大致有四种结构1直径较均匀，且有一定扁度的泥沙，容易相互搭接，形成排列，甚至是相当稳定的鱼鳞状排列；2颗粒极细的泥沙，淤积后形成有絮网结构的浮泥；3浮泥沉积时间足够长后，产生结构应力，形成粘土；4床面由无序排列的泥沙构成，表层泥沙由其它颗粒所支撑。前三种结构床面上泥沙的“起动”，或是鱼鳞状排列的成片破坏，或是浮泥与清水交界面的TAYLAR失稳，或是床面上粘土块的剥落。单颗泥沙的起动，事实上只存在于松散的床面。即便这种情况，由于泥沙颗粒在床面上所处的位置不同，其起动流速仍存在随机性。以文献1对泥沙起动的力学分析为基础，本文分析松散床面上单颗泥沙起动的随机特征，为单颗泥沙运动随机模拟的一部分。2起动流速公式1泥沙由静止状态，以滚动形式转化为迁移状态的起动流速为VB,K1ΦFVB1式中23式中参数的意义及计算取值见表1。式2、3中，仅在Φ中存在表征泥沙颗粒所在位置的特征量Θ，即颗粒中心与该颗粒与下游颗粒接触点B连线OB与铅垂线OG的夹角，见图1。一个与Θ等价的参数为颗粒最低点A与B点之间的竖向距离Δ。令ΔΔ/R,则Δ1COSΘ，因Δ是随机的，所以Φ是随机变量。图1泥沙颗粒位置参数示意图SKETCHOFPOSITIONPARAMETERFORSANDPELLET表1起动流速公式中参数意义及取值MEANINGSANDAPPLIEDVA